อ่อนและเหนียว (ฟิสิกส์): ความหมายและตัวอย่าง

เมื่อความเค้นเชิงกลถูกนำไปใช้กับวัตถุที่เป็นของแข็ง จะขึ้นอยู่กับโครงสร้างของของแข็งไม่ว่าจะเปลี่ยนรูปเป็นรูปร่างต่างๆ โดยไม่แตกหักหรือไม่ก็ตาม วัสดุที่เปลี่ยนรูปได้ง่ายโดยไม่แตกหักเมื่ออยู่ภายใต้แรงกดทางกลถือว่าอ่อนได้ วัสดุที่เสียรูปได้ง่ายเมื่ออยู่ภายใต้ความเค้นแรงดึงจะถือว่ามีความเหนียว

คำว่า malleable มาจากภาษาละตินยุคกลาง มัลเลบิลิส, ซึ่งตัวมันเองมาจากภาษาละตินดั้งเดิม Malleareแปลว่า "ตอก"

วัสดุที่อ่อนตัวสามารถเปลี่ยนรูปได้ง่ายโดยไม่แตกหักภายใต้แรงกดทางกลหรือ "ความเค้นอัด" เนื่องจากวัสดุเหล่านี้ไม่แตกหักขณะเปลี่ยนรูป จึงสามารถบีบให้เป็นรูปทรงต่างๆ หรือบางได้ แผ่น ซึ่งสามารถทำได้โดยการตอก การกด หรือกลิ้ง

ตัวอย่างทั่วไปของวัสดุที่หลอมได้คือ ทองซึ่งมักถูกอัดเป็นแผ่นทองเพื่อใช้ในงานศิลปะ สถาปัตยกรรม เครื่องประดับ หรือแม้แต่อาหาร โลหะที่หลอมได้อื่นๆ ได้แก่ เหล็ก ทองแดง อะลูมิเนียม เงิน และตะกั่ว ตลอดจนสังกะสีโลหะทรานซิชันที่อุณหภูมิที่กำหนด วัสดุหลายชนิดที่อ่อนตัวได้มากก็มีความเหนียวมากเช่นกัน ตะกั่วเป็นข้อยกเว้น มีความเหนียวต่ำและมีความเหนียวสูง

ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับแนวคิดเรื่องความอ่อนตัวคือความเหนียว ในขณะที่ความอ่อนตัวนั้นเกี่ยวข้องกับความเค้นอัดหรือแรงกดทางกล ความเหนียวนั้นสัมพันธ์กับความเค้นแรงดึง หรือการยืดเชิงกล

"Ductile" มาจากคำภาษาละติน ductilisซึ่งหมายความว่า "ที่อาจถูกนำหรือดึง"

สิ่งที่เหนียวเหนอะ (บางครั้งเรียกว่าการดึง) สามารถยืดหรือดึงออกมาเป็นเส้นลวดบาง ๆ ได้อย่างง่ายดาย ทองแดงดัดเป็นตัวอย่างที่ดีของทั้งความอ่อนตัวและความเหนียว สามารถกดและรีดเป็นแผ่นได้เช่นเดียวกับการยืดเป็นเส้นลวด

โลหะมักถูกผสมเป็นโลหะผสมเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพ เหล็กกล้าแรงดึงสูงเป็นตัวอย่างหนึ่งของโลหะผสมที่มีความเหนียวสูงกว่าโลหะที่เป็นส่วนประกอบ และมักใช้ในเครื่องบิน รถยนต์ และงานด้านวิศวกรรมอื่นๆ

ชั้นของไอออนในโลหะสามารถเคลื่อนที่และเลื่อนทับกันได้โดยไม่ทำลายพันธะโลหะของพวกมัน นี่คือสิ่งที่ช่วยให้โลหะงอหรือยืดได้โดยไม่แตกหัก อย่างไรก็ตาม โลหะที่แข็งกว่าบางชนิดไม่มีชั้นที่ชัดเจน แต่มีโครงสร้างผลึกที่มีหน่วยอะตอมที่เล็กกว่าแทน

กระจุกของอะตอมเหล่านี้เรียกว่า ธัญพืชมีขอบเขตระหว่างกัน เรียกว่า ขอบเมล็ดพืช ยิ่งโลหะมีขอบเขตเกรนต่อหน่วยปริมาตรมากเท่าใด ความเปราะบางหรือความเหนียวก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น โลหะนั้นจะเปราะมากกว่าและมีแนวโน้มที่จะแตกไปตามขอบเกรนเหล่านี้

วัสดุจะอ่อนตัวและมีความเหนียวมากขึ้นเมื่อมีการเคลื่อนตัว หรือไอออนที่ขาดหายไปในโครงสร้างชั้น ข้อบกพร่องเหล่านี้สามารถเคลื่อนผ่านโครงสร้างผลึกของโลหะในขณะที่เปลี่ยนรูป ช่วยเพิ่มความสามารถในการทำให้เสียรูปโดยไม่แตกหัก

เมื่อโลหะส่วนใหญ่ได้รับความร้อน เมล็ดพืชก็จะใหญ่ขึ้น อะตอมจะมีโครงสร้างที่สม่ำเสมอมากขึ้นและสามารถลื่นไถลกันได้ง่ายขึ้นโดยไม่ทำลายพันธะของพวกมัน ทำให้โลหะเสียรูปได้ง่ายขึ้น "การทำงานแบบเย็น" ทำสิ่งที่ตรงกันข้าม: การเสียรูปของโลหะเมื่ออากาศเย็นจะทำให้เกิดรอยเกรนมากขึ้น ทำให้โลหะแข็งและเปราะ

น่าสนใจ โลหะบางชนิดก็แสดงให้เห็นเช่นกัน ความยืดหยุ่น เมื่อมีความเครียดเพียงเล็กน้อยบนโลหะ อะตอม เริ่ม เพื่อกลิ้งไปมา แต่เมื่อความเครียดถูกปลดปล่อย อะตอมจะหมุนกลับไปยังตำแหน่งเดิม ความเครียดจำนวนมากจะเปลี่ยนตำแหน่งของอะตอมอย่างถาวร